Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To analyze characteristics of a periodic structure formed on a sample on a real time basis.SOLUTION: A spectroscopic measurement module is used which generates output signals as a function of wavelength. The output signals create a theoretical initial model having a rectangular structure, by a processor. Next, the processor calculates a theoretical optical response of the sample to broad band radiation. The calculation result of the optical response is compared with values measured and normalized at a plurality of wavelengths. Based on the comparison, the model configuration is modified so as to be closer to an actual measured structure. The processor re-calculates the optical response of the modified model and compares the calculation result with normalized data. This process is repeated in an iterative manner until the optimal rectangular shape is achieved. Thereafter, the complexity of the model is iteratively increased by dividing the model into layers having widths and heights. Data is optimized in an iterative manner until the optimal model is obtained which is similar in structure to the periodic structure.

Description

Translated from Japanese

本発明は、半導体における周期構造の計測により得られたデータの分析に関し、具体的には、このような構造を正確に実時間で分析する方法を開示する。 The present invention relates to the analysis of data obtained by the measurement of the periodic structure in a semiconductor, specifically, it discloses a method for analyzing such structures accurately in real time.

半導体工業において、ウエハー上の素子サイズの縮小が続いている。 In the semiconductor industry, it is followed by a reduction of the element size on the wafer.これらの素子には、ある高さ（又は深さ）、幅及び形（輪郭）を持った隆起側面形状及び溝が含まれる。 These elements, certain height (or depth) includes raised side shape and the groove having a width and shape (contour).これらの素子の正確な計測は、適切な歩留まりを確保するために必要である。 Accurate measurement of these elements are necessary to ensure adequate yield.

これらの微細な（限界寸法の）周期構造素子を計測するのに適当な技術は極めて限られている。 Suitable techniques for measuring these fine (critical dimensions) periodic structure elements is very limited.光学的計測技術は、非接触で計測する技術なのでこれに最も適し ている。 Optical measurement technology is best suited to this because a technique for measuring without contact.しかし、既存の光学的検出器の光線における最も小さなスポットサイズであっても、計測を必要とする周期構造素子のサイズより大きい。 However, even the smallest spot size in an existing optical detector of the light beam, is greater than the size of the periodic structure elements that require measurement.

図１は、基本的な周期パターン１０を持つ基板８を描いたものである。 1 and illustrates the substrate 8 with basic periodic pattern 10.このパターンは、特有の高さ、間隔及び高さを持っている。 This pattern, peculiar height, have a spacing and height.この図において、構造物の側壁は垂直ではないので、幅は構造物の高さにより変化する。 In this figure, the side walls of the structure are not vertical, the width varies with the height of the structure.図１はまた、各要素間の間隔より大きなスポットの探査用光線１２を示している。 Figure 1 also shows a search for beam 12 of large spot than the spacing between the elements.

このような小さな構造を直接計測するのは難しいので、スキャタロメータの技術開発がもたらされた。 Since it is difficult to measure such a small structure directly, technical development of scatterometry has resulted.このような技術は、一般的に周期的な構造物から反射され た光は散乱し、そして、格子から散乱した光として数学的に取り扱うことができるという事実に基づく。 Such techniques, generally the light reflected from the periodic structure is scattered and based on the fact that it is possible to mathematically treated as light scattered from the grating.周期的構造の解析のために、試料から散乱した光を計測 し分析する計測装置を開発するために、大きな努力が積み重ねられた。 For the analysis of periodic structures, to develop measurement device which measures the light scattered from the sample analysis, great efforts are stacked.

例えば、米国特許No. 5,607,800は、広帯域の探査用光線が試料と相互に作用するときに生まれる反射（散乱）光を計測する概念を公開している。 For example, U.S. Patent No. 5,607,800 has published the concept of measuring the reflected (scattered) light born when probing for light wideband interacts with the sample.波長の関数としての反射光 強度は、多数の既知の周期構造を持つ参照試料として記録される。 Reflected light intensity as a function of wavelength is recorded as a reference sample having a number of known periodic structure.次いで、試料が同様の方法で計測され、その出力が参照試料から得られた出力と比較される。 Then, the sample is measured in the same manner and compared with the output of the output is obtained from a reference sample.試料の光学的反応と最も近い参照試料が、その試料に類似する周期構造をもつものとみなされる。 Nearest reference sample and optical response of the sample is regarded as having a periodic structure similar to the sample.

関連する方法は、米国特許No. 5,739,909に公開されている。 Related methods are published in US Patent No. 5,739,909.このシステムによれば、分光エリプソメータ計の計測値が周期構造の特性を調べるために使われる。 According to this system, measurements of the spectroscopic ellipsometer meter is used to check the characteristics of the periodic structure.この方法では、波長の関数としての偏光状態の変化が周期構造に関する情報として記録される。 In this method, the change in polarization state as a function of wavelength is recorded as the information on the periodic structure.

更なる背景技術として、米国特許No. 5,987,276が公開されている。 As further background art, US Patent No. 5,987,276 have been published.この特許は、入射角の関数としての探査用光線の強度における変化を計測することを含む初期の取り組みについて記載し ている。 This patent describes the initial efforts which involves measuring a change in the intensity of exploration for light as a function of incidence angle.多数の入射角における計測により、複数の別々のデータポイントが得られる。 By measuring at multiple angles of incidence, a plurality of separate data points are obtained.複数のデータポイントは、適切なアルゴリズムを用いて周期構造を解析するのに必要である。 A plurality of data points is required to analyze a periodic structure using a suitable algorithm.過去において、複数の入射角において計測を行うシステムは、試料の移動又は、探査用光線の入射角を変化させるための光学系を必要とし た。 In the past, in a system for measuring a plurality of incident angles, the movement of the sample or it required the optical system for changing the angle of incidence of the probe light beam for.最近になって、この技術の譲受人は、試料や光学系を動かすことなく複数の入射角でスキャタロメータの計測を行う方法を開発した。 Recently, the assignee of this technique, developed a method to measure the scatterometry a plurality of incidence angles without moving the sample or optics.この方法は、２００１ 年３月２７日出願の米国特許出願No. 09/818,703に記載されている。 This method is described in US patent application Ser. No. 09 / 818,703, filed March 27, 2001.

米国特許No. 5,987,276は、上述の先行技術と同様、複数の波長において計測をすることで複数のデータポイントを得る必要性について注意を向けている。 U.S. Patent No. 5,987,276, as well as the prior art described above, and attention on the need to obtain multiple data points by the measurement at a plurality of wavelengths.この特許 はまた、複数の波長による計測に基づく周期構造の特性を決定する分析的アプローチの議論に関して関心を抱いている。 This patent also interested for a discussion of analytical approaches to determining characteristics of a periodic structure based on the measurement by a plurality of wavelengths.一般にこのようなアプローチは、幅、高 さ、及び形状を含む特性を持った周期構造の論理モデルから始める。 Generally, such an approach, width, starting from the logical model of the height, and the periodic structure having properties including geometry.マクスウェルの方程式を使って、理論的構造により投射する広帯域の光として示される反応 が計算される。 Using Maxwell's equations, the reaction is calculated, shown as a broadband of light projected by the theoretical structure.厳密結合波理論がこの分析に使われる。 Rigorous Coupled Wave Theory is used in this analysis.次に、この計算結果が、計測データ（実際には、正規化されたデータ）と比較される。 Next, the calculation results, (in fact, normalized data) measurement data is compared with.適合しない領域ま で結果を拡張するため、理論モデルは修正され、理論データは再度計算されて計測データと比較される。 To extend the region not until in result relevance, the theoretical model is modified, the theoretical data is compared with measured data is again calculated.この処理は、計算データと計測データが適度に受諾可能 なレベルに達するまで計算が繰り返される。 This process is, calculation data and the measurement data are repeated calculations until a reasonably acceptance levels.この点で、理論モデルの特性と実際の試料とは非常に似ているであろう。 In this regard, it will be very similar to the actual sample and the characteristics of the theoretical model.

上記で論じた計算は最も単純なモデルに対してであってもかなり複雑である。 Calculations discussed above are quite complex even for the simplest models.モデルがさらに複雑になるにつれて（特に素子の壁の形状はさらに複雑となってい る）、計算は非常に長く複雑になる。 Model as is further complicated (particularly, the shape of the walls of the device that has become more complex), the calculation becomes very long and complex.今日の高速プロセッサーを使ってしても、先行技術においてさらに複雑な構造を実時間で十分詳細レベル迄分析する適当な 方法は開発されていない。 Even if using a high-speed processor today, suitable methods of analyzing up sufficient level of detail to more complex structures in the prior art in real time has not been developed.処理が適切に行われていないとき、製造者が即座に判定を行うことができるようにするためには、実時間ベースでの分析が望まれる。 When the process is not done properly, in order to be able to make a determination manufacturer immediately, analysis on a real-time basis is desired.実時間ベースでの分析は、計測装置が処理装置に直接組み込まれるような組み込み計測装置により解決する方向にこの業界が動いているので、さらに緊急に必要 なものとなっている。 Analysis on a real time basis, since the moving industry towards solving the embedded measuring apparatus as the measuring device is incorporated directly into the processing apparatus, has become even more urgent need.

製造者が実時間で特性を分析することを可能とする１つのアプローチは、膨大な数の理論構造に関して、波長に対する強度のライブラリーを作ることである。 One approach that allows the manufacturer to analyze the characteristics in real time, with respect to a vast number of theoretical structure is to create a library of intensity versus wavelength.こ の形のアプローチは、ここで参照したものと同様に、１９９９年９月１０日公開のPCT出願 WO99/45340でも論じられている。 Approach in the form of this is, in a manner similar to that reference herein, are discussed even in PCT application WO99 / ​​45340, published September 10, 1999.このようなアプローチでは、計測に先んじて、周期構造の特性を変化させることで多数の可能な理論モデルが作られる。 In such an approach, prior to the measurement, a number of possible theoretical models by changing the characteristics of the periodic structure is created.このような様々な構造に対して予期される光学的な応答が計算され、解答用ライブラリーを定義するための記憶装置に記憶される。 A variety of such optical response expected for the structure is calculated and stored in the storage device for defining an answer for library.試料のデータが得られた とき、これは記憶された解答のライブラリーと比較され、最適なものを決定する。 When data of the sample is obtained, which is compared to a library of stored answer, it determines the optimum.

ライブラリーを使うことで、試料を計測した後比較的速やかに分析することが可能となるが、このことは、色々な理由により完全に満足できるものではない。 By using a library, but it is possible to relatively quickly analyzed after measuring the sample, this is not entirely satisfactory by various reasons.例 えば、新たな方法を用いるたびに（このことは構造、材料又は処理要因の変化により起る可能性がある）、全く新しいライブラリーを作らなければならない。 For example, each time using a new method (this could occur structure, by a change of the material or processing factors), must be made an entirely new library.さらに、作られた各ライブラリーは、計測に用いられる計測機器に固有なものとなる。 Moreover, each library made becomes specific to the measuring equipment used in the measurement.もし計測機器が何らかの理由で変更されたとき（例えば、機器の計測特性を 変更するような光学素子を取り替えたとき）、新しいライブラリーを作らなければならない。 When if the measuring device is changed for some reason (for example, when replacing the optical element so as to change the measuring properties of the instrument), it must make new libraries.加えて、計測結果の精度はライブラリーに記憶されたモデルの数で 制限される。 In addition, the measurement precision of the result is limited by the number of models stored in the library.記憶されるモデルが増えるほど結果の精度は良くなるが、作られたライブラリーが長くなるほど、比較を行う時間が長くなる。 While the model to be stored is as good as the accuracy of the results is increased, the more libraries made longer, the time to perform the comparison becomes longer.最も理想的な解決方 法は、実時間で実行すべき反復（適合）計算を可能とし、計測機器及び測定開始処理における変化を補償する修正を簡単に行うシステムを開発することである。 The most ideal solution how is that to enable real-time repetition to be executed in (compatible) calculation, to develop easily performed system correction to compensate for changes in the measurement equipment and measurement starting process.

適合計算の高速化についての１つの取り組みは、米国特許No. 5,867,276に見ることができる。 One approach for speeding up adaptation computation may be found in U.S. Patent No. 5,867,276.（後者の特許と上記で引用した他の刊行物はすべて参考用としてこの出願に組み込まれる。）この特許には、周期構造 の形や輪郭を明らかにするために必要な変数の数を減らす方法が公開されている。 (Incorporated in this application as for all the latter patents and other publications cited above are reference.) This patent, a method of reducing the number of variables needed to clarify the shape and contours of the periodic structure There have been published.この方法では、構造物は堆積された厚板の連なりとして数学的に表わされている。 In this method, the structure is mathematically represented as a series of deposited thick.執筆者は、この構造物は、適切にその特徴を明らかにするためには、約２０の厚板に分割されなければならないことを示唆している。 Author, this structure, in order to clarify properly its features suggest that it must be divided into planks of about 20.しかし、執筆者は、 ４０の変数（２０の厚板の幅と高さ）についての分析を行うことは、コンピュータで計算するには十分複雑であろうと注記している。 However, the authors, is to perform the analysis of the 40 variables (slab width and height of the 20), are noted as would be complex enough to calculate on a computer.そこで、執筆者は、補助的 な輪郭とスケールファクターとを用いて計算の複雑性を減らすことを提案している。 Therefore, authors have proposed to reduce the computational complexity by using an auxiliary contour and scale factor.このような方法はコンピュータで計算する負担の軽減という目的を達成する ことができるが、これは、分析精度を制限するという代償を払って達成するものである。 Such methods can achieve the goal of alleviating the burden of computing by a computer, which is to achieve at the cost of limiting the accuracy of analysis.従って、高精度で且つ実時間ベースで実施できる方法を見つけ出すこと が望まれる。 Therefore, it is desirable to find a method that can be implemented in and on a real-time basis with high accuracy.

〈発明の概要〉 <Summary of the Invention>この要求に答えるために、実時間ベースで周期構造の特性の高精度な解析を可能とするシステムを開発した。 To answer this demand, we have developed a system that enables highly accurate analysis of the characteristics of the periodic structure on a real time basis.本発明の第１の特徴は、高度な精度を維持しながら 計算の効率を上げる改善された分析方法を開発したことである。 A first aspect of the present invention is that developed an improved analytical method increase the efficiency of calculation while maintaining a high degree of accuracy.本発明のこの特徴では、構造の理論モデルが作られた。 This feature of the present invention, a theoretical model of the structure was made.この最初のモデルは、長方形の単一の高さと幅を持つものが好ましい。 The first model is one with a single height and width of the rectangle is preferable.マクスウェルの方程式を用いて、このモデルによる検出された放射との相互の反応が計算される。 Using Maxwell's equations, mutual reactions is computed between the detected radiation from this model.反応についての計算結果は、測定結果と比較される。 Calculation results for the reaction are compared with the measurement result.この比較に基づいて、モデルの変数は、最も計測データに適合する計算データを生成する長方形を生み出すまで反復修正される。 Based on this comparison, the model variables are repeated modified until produce rectangular for generating calculation data conforms to most measurement data.

この情報を用いて、２以上の幅と２以上の層を持つ新しいモデルが作られる。 Using this information, a new model with two or more widths and two or more layers is made.望ましくは、３層の台形が作られることが好ましい。 Desirably, it is preferably made trapezoidal three layers.モデルのパラメータは、計測データに最も近い理論データを生み出す台形を見つけるための適合アルゴリズムを用いて調整される。 Model parameters are adjusted using a fitting algorithm to find the trapezoidal produce closest theoretical data to the measured data.

この適合処理の結果を用いて、モデルは再度変更され、幅と層の数が増やされる。 Using the results of this fitting process, the model is changed again, it is increased the number of widths and layers.適合処理が繰り返される。 Fitting process is repeated.モデルの適合度があらかじめ定めたレベルに到達するまで、幅と層の数を加えるステップと、モデルをデータに適合させるステップとを繰り返す。 Until the model fit the reaches to the level predetermined, repeated the steps of adding a number of widths and layers, and a step of adapting the model to the data.

この反復ステップの間、層の厚み（層の密度）は、高い密度の層が幅の変化が最大になる領域に置かれるような方法で変化させられる。 During this iteration step, the thickness of the layer (density of the layer), the change of the layer of high density range is changed in such a way that placed in an area of ​​maximum.このように、側壁の曲率を最も高精度にモデル化することができる。 Thus, it is possible to model the most accurate curvature of the side wall.

この方法において、幅と層の数は固定されない。 In this method, the number of widths and layers is not fixed.ほんの数個の幅と層を持つ構造を完全に明らかにすることも可能となろう。 It also would be possible to completely reveal the structure with only a few widths and layers.実際には、この方法は平均７から９の幅で１３から１７の層の比較的複雑な構造の特徴を明らかにするために使った。 In practice, this method was used to characterize the relatively complex structure of layers 13 in the width from the average 7 9 17.

モデル（方形、台形）の初期の反復計算に関連するスキャタロメトリーの計算は、比較的単純で高速である。 Model (square, trapezoid) calculation of scatterometry over that associated with the initial iterations of a relatively simple and fast.しかし、幅と層の数が増加するに従って、計算は等比級数的に難しくなる。 However, with increasing the number of widths and layers, calculation is a geometric progression difficult.

これらの計算を合理的な時間内に終わらせることができるように、計算時間を最低限にするコンピュータによる計算方法の開発も必要であった。 As can be terminated these calculations within a reasonable time, was the development of computational methods by a computer for the computation time to a minimum necessary.本発明の他の特 徴によれば、スキャタロメトリーの計算は並列処理のグループに分配されることである。 According to another feature of the present invention, the calculation of scatterometry over is to be distributed to a group of parallel processing.好ましい実施の形態において、プロセッサーの構成には、１つのマス タープロセッサーと複数のスレーブプロセッサーとする構成が含まれる。 In a preferred embodiment, the configuration of the processor includes a configuration for a single master processor and a plurality of slave processors.マスタープロセッサーは、制御と比較をつかさどる。 Master processor is responsible for comparison with the control.光学検出器の放射と理論的な試料 の反応との相互の計算はマスタープロセッサー自身とスレーブプロセッサーとに配分される。 Mutual calculation of the response of the radiation and the ideal sample of the optical detector is allocated to the master processor itself and the slave processors.

例えば、データが波長の関数として得られた場合、計算は波長の関数として配分される。 For example, if the data is obtained as a function of wavelength, the calculations are distributed as a function of wavelength.このように、第１のスレーブプロセッサーは、マクスウェルの方程式を 用いて与えられた理論モデルから計測された散乱波長の内から選択された光強度の期待値を定める。 Thus, the first slave processor, determining the expected value of the light intensity selected from among the scattered wavelength, which is measured from the theoretical model given using Maxwell's equations.他のスレーブプロセッサーは、異なった波長について同じ計 算を実行する。 Other slave processors perform the same calculations for different wavelengths.５台のプロセッサー（１台のマスターと４台のスレーブ）と５０の波長を想定すると、各プロセッサーは各々１０回このような反復計算を行うこ とになる。 And five processors (one master and four slaves) assuming a wavelength of 50, each processor will and this each for 10 times such iterations.

１度計算が完了すると、マスタープロセッサーは、各々強度の計算結果と、計測され正規化された強度とが最も適合するような比較を行う。 Once a calculation is complete, the master processor performs each and calculation results of the intensity, the comparison as the measured normalized intensities best fit.この適合性に基づい て、マスタープロセッサーは、上記のモデルのパラメータを修正する（幅又は層の厚みを変える）。 Based on this compatibility, the master processor (changing the thickness of the width or layer) to modify the parameters of the above model.次に、マスタープロセッサーは、修正されたモデルに対する 計算法をスレーブプロセッサーに配分する。 Then, the master processor distributes the calculation method for the modified model to the slave processors.この動作は、適合性がうまく行くまで繰り返される。 This operation, compatibility is repeated until successful.

この分散型処理方法は、複数の入射角の情報とともに用いても良い。 This distributed processing method may be used together with the information of the plurality of incident angles.この場合は、相異なる入射角の各々についての計算法を各スレーブプロセッサーに分配する。 In this case, distributing the calculation method for each of the different incident angles to each slave processor.

目的及び効果については図面及び以下の詳細な説明によりさらに明らかになるであろう。 It will become more apparent from the detailed description of the drawings and the following for the purpose and effect.

図１は、周期的表面の外観の概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram of the appearance of a periodic surface.図２は、本発明に係る方法を実施するシステムのブロック図である Figure 2 is a block diagram of a system for implementing the method according to the present invention図３は、本発明に係る方法の実施に使用されるプロセッサーの単純化された概略図である。 Figure 3 is a simplified schematic diagram of a processor used in the practice of the method according to the present invention.図４は、本発明に係る、光学的データを分析し周期的構造の特徴を解析する方法を描いたフローチャートである。 4, according to the present invention, is a flow chart depicting a method for analyzing the characteristics of the periodic structure analyzes optical data.図５は、本発明に係る方法の、第１のステップにおけるモデルの形を描いた図である。 5, the method according to the present invention, is a diagram depicting the shape of the model in the first step.図６は、本発明に係る方法の、次のステップにおけるモデルの形を描いた図である。 6, the method according to the present invention, is a diagram depicting the shape of a model in the next step.図７は、本発明に係る方法の、次のステップにおけるモデルの形を描いた図である。 7, the method according to the present invention, is a diagram depicting the shape of a model in the next step.

〈好ましい実施形態の詳細な説明〉 <Detailed Description of the Preferred Embodiment>図２は、 周期構造を持った試料８のスキャタロメータによる計測を実施するためのシステム１６のブロック図である。 Figure 2 is a block diagram of a system 16 for implementing the measurement by scatterometer of the sample 8 having a periodic structure.この発明の公開の目的として、周期構造とは、あらゆる繰り返しの形態を持つものをいい、この形態の大きさは、少なくとも光の一部は鏡面からの反射ではなく散乱するような試料の探査用の光線と同じか又は小さい。 For purposes of disclosure of this invention, the periodic structure refers to those with any form of repetition, the magnitude of this embodiment, at least a portion of the light for the exploration of the sample such as scattering rather than reflection from the mirror surface the same or less and of a light beam.

システム１６には、光源２０が含まれている。 The system 16 includes a light source 20.上述の通り、スキャタロメータによる計測は、複数の波長を持つ探査用光線を発生する広帯域の光源を用いて行われる。 As described above, measurement by scatterometer is performed using a broadband light source for generating a probe for light having a plurality of wavelengths.先に引用した米国特許出願No. 09/818,703に記載されているように、光はレーザーから発せられる。 As described in the above-cited U.S. Patent Application No. 09 / 818,703, the light emitted from the laser.このような場合、好ましくは試料を動かさないで、入射角の関数として計測がなされよう。 In this case, preferably not move the sample, it will made measurements as a function of incidence angle.

探査用光線は直接試料に照射される。 Exploration beam is directly irradiated to the sample.通常レンズ（図示せず）が試料上の小さな点に探査用光線を集光させるために用いられる。 Used for normal lenses (not shown) to focus the search for light onto a tiny spot on the sample.探査用光線の反射光が捕捉され 検出器２６で計測される。 Reflected light exploration for rays is measured by a capture detector 26.計測された探査用光線の光強度は、周期構造からの散乱光の量の影響を受ける。 Light intensity of the measured probe for light is affected by the amount of scattered light from the periodic structure.さらに具体的には、高次に回折した光の割合は、散乱 現象を観測させながら検出器までの経路から向きを変えられる光の量が波長と入射角の関数として変化するように、波長と入射角の関数として変化する。 More specifically, the proportion of light diffracted into higher orders, so that the amount of light redirected from the path to the detector while observing the scattering phenomenon varies as a function of the angle of incidence and wavelength, and the wavelength It varies as a function of the angle of incidence.

検出器の構成は、計測を行う計器の形式に基づく。 Construction of the detector is based on the type of instrument that performs measurement.例えば、探査用光線の経路中に波長を可変的にチューニングできるフィルター（モノクロメーター）を置く限 り、単一の光検出器を分光学的に反射した光強度の計測のために使うことができる。 For example, it is possible to use a wavelength in the path of exploration for light variably as long placing tuning can filter (monochromator), for measuring a single light intensity photodetector reflected spectroscopically .計測時間を最小にすべきとの要求があるので、波長に対する分光素子（格子 又はプリズム）と複数の波長を同時に計測する配列型検出器を具備する分光計が通常用いられる。 Since there is a request on the need for a measurement time to a minimum, the spectrometer comprising an array type detector for simultaneously measuring the spectral element (grating or prism) a plurality of wavelengths with respect to wavelength is usually used.配列型検出器はまた、複数の入射角に対する同時的な計測にも 用いられる。 Sequence detector is also used simultaneous measurement for a plurality of incident angles.もし分光エリプソメータによる計測が行われるのなら、検出システムには、偏光装置、分析計及び補償装置の組み合わせが含まれるだろう。 If the if the measurement by spectroscopic ellipsometry is performed, the detection system, the polarization device, will be a combination of the analyzer and compensator.

上述の様々な計測の在り方は、当業者には良く知られており、ここでは論じないことにする。 Way of the various measurements described above are well known to those skilled in the art and will not be discussed here.複数の計測を行うことができる商用装置が有用であることに注意すべきである。 Commercial equipment capable of performing a plurality of measurements is to be noted that useful.このような装置の例が、米国特許No. 5,608,526とＰＣＴ出願WO 99/02970に記載されており、この２つは参考としてここに組み込まれる。 Examples of such devices are described in US Patent No. 5,608,526 and PCT application WO 99/02970, the two are incorporated herein by reference.

検出器により作られた信号はプロセッサー３０に提供される。 Signal produced by the detector are provided to the processor 30.プロセッサー３０は、物理的に検出器の近くに置く必要はない。 Processor 30 need not be placed physically close to the detector.検出器からの計測値がプロセッ サーに提供されることのみ必要とする。 Measurements from the detector needs only to be provided to the processor.直接的であるにしろネットワークを経由するにしろ、検出器とプロセッサーの間には電気的な接続があることが好ましい。 Whether in through the network margin which is the direct, it is preferred that there is electrical connection between the detector and processor.当業者に良く知られているように、プロセッサーは、信号の正規化が可能なように他の信号と一緒にシステムから信号を受け取っても良い。 As is well known in the art, the processor may receive a signal from the system to allow normalization of the signal along with other signals.例えば、光源の 出力の変動が計算時に考慮に入れることができるように、光源の出力を計測するための検出器（図示せず）が用意されても良い。 For example, as can be variations in the output of the light source is taken into account when calculating a detector for measuring the output of the light source (not shown) may be provided.

好ましい実施の形態において、図３に 示すように、プロセッサー３０の構成には、イーサーネット(登録商標)に接続された複数のマイクロプロセッサーユニットが含まれる。 In a preferred embodiment, as shown in FIG. 3, the configuration of the processor 30, includes a plurality of microprocessor unit connected to the Ethernet.オペレーティングソフ トウエアーはプロセッサーの１つにマスター３２としてとして用意され、他のプロセッサーはスレーブ３４として用意される。 Operating software Touea is provided as a master 32 in one of the processors, the other processors are provided as slave 34.マスターは高いレベルの機能を扱 い、仕事を分配しその結果をスレーブから受け取る。 Master treats a high level of functionality, to distribute work and receives the results from the slave.このようなシステムはLinux Network. Inc.から商標名Evolcityとして商業的な使用が可能である。 Such a system is capable of commercial use under the trade name Evolcity from Linux Network. Inc..本発明を評価するために使うシステムとして、各プロセッサーが１．３ギガヘルツで動 作する８個のプロセッサー構成を採用した。 As a system used to evaluate the present invention, employing eight processor configuration in which each processor is operating at 1.3 gigahertz.適切に組み合わせると、このシステムは約１０ギガヘルツと同等の速さで動作する。 When properly combined, the system operates with equal speed and about 10 GHz.処理すべき仕事の分配方法につ いては、以下に論ずる。 Work to be processed distribution method information, discussed below.

上述のように、計測データに基づいて周期構造の特性を解析する様々な方法が開発されている。 As described above, various methods for analyzing the characteristics of the periodic structure based on measured data have been developed.ここに記載される方法は、最初のモデルが構築され光との相互作 用によるその試料の予想される応答を求めるための計算が行われる一般的な手順の範疇に入る。 The methods described herein are included in the scope of the general procedure calculation for obtaining a response first model is expected of the sample due to the interaction of the light is constructed is carried out.次に、計算結果が実際の（正規化された）計測データに近づくまで、モデルが何度も修正される。 Next, calculation results (normalized) Actual to approach the measured data, the model is modified several times.この実施形態における方法は、たくさんの参照サンプルを造り、各々を測定し、その結果を試料と比較するために記憶させておく、今までの方法とは対照的である。 The method in this embodiment, make a lot of reference samples, were measured respectively and stored in order to compare the result with the sample, in contrast to the method of the past.この実施形態における方法はまた、たくさんの構成及び関係する光学的な応答を生成させ後で比較するために記憶するライ ブラリーアプローチとも異なる。 The method in this embodiment is also different Lai bra Lee approach to be stored in order to compare later to produce a lot of configuration and optical response involved.

この実施形態における方法は構造体の形を積み重ねられた複数の層を表すものと認識する。 The method in this embodiment recognizes as representing a plurality of stacked layers in the form of a structure.しかし、前もって定められ、固定された数の層に基づいて解析するの ではなく、このアルゴリズムは、各モデルレベルで最適値を求めて、徐々に層を加えてゆくように設計されている。 However, it determined beforehand, rather than to analyze on the basis of a layer of a fixed number, the algorithm seeking optimum value in each model level, and is designed so as to gradually Yuku added layers.この工程は効率的に決定すべき実際の構成に 近い理論的な構成を可能とする。 This step allows a theoretical structure close to the actual configuration to be determined efficiently.この方法によれば、要求されるレベルの適合度を達成するのに実際に必要な最低限の数の層だけを分析する。 According to this method, to analyze only the actual minimum number of layers required to achieve the fit of the required level.

この実施形態における方法について、図４のフローチャート及び図５から７に記載の図に関連させて説明することとする。 How in this embodiment, in connection with the Figure described in 7 out of flowchart and 5 of Figure 4, it is described.

最初のステップ１０２において、方形モデル５０（図５） が構築される。 In a first step 102, the square model 50 (FIG. 5) is constructed.一般に、このモデルは試料の特性の予想値に基づく種となる値として用いるために構築される。 In general, this model is built to use as a value as a seed based on the expected value of the properties of the sample.例えば、このモデルは、材料の屈折率、減衰係数 のような情報も含まれる。 For example, the model, the refractive index of the material, also includes information such as the damping coefficient.この情報はパターン化されていないウエハーの領域を計測することで取得することも可能である。 This information can also be acquired by measuring the area of ​​the wafer which is not patterned.このモデルもまた、高さＨ１及び幅 Ｗ１の値を持つことができる。 This model can also have a value of height H1 and width W1.

次に、このプロセッサーは、これらの初期特性を持つ周期構造のサンプルから計測されるであろう予想光強度を計算する（ステップ１０４）。 Next, the processor computes the expected light intensity that would be measured from a sample of the periodic structure with these initial characteristics (step 104).この例における目 的を達成するために、計測されたデータは分光反射率計から得られたものを想定している。 To achieve purpose of this example was measured data is assumed to those obtained from the spectral reflectometer.従って、プロセッサーは計測された波長の各々に対して、マクスウェ ルの方程式及び厳密結合波理論を用いて、理論モデルから反射される光強度の正規化された予想計測値を決定する。 Therefore, the processor for each of the measured wavelengths, using the equation and rigorous coupled wave theory Makusuwe le determines the normalized expected measured value of the light intensity reflected from the theoretical model.

一旦この計算が各波長に対してなされると、その結果は試料から得られた正規化された計測値と比較される（ステップ１０６）。 Once this calculation is made for each wavelength, the result is compared with the normalized measured value obtained from the sample (step 106).この比較は、従来の最小２乗法 による適合アルゴリズム、例えばLevenberg-Marquardth法によりなされる。 This comparison, conventional least square method by fitting algorithm, for example, be done by Levenberg-Marquardth method.比較の結果は、モデルのパラメータ、この場合は計算開始時の 高さと幅、を修正するために使われる（ステップ１０８）。 The result of the comparison, parameters of the model, in this case is used to modify the height and width, at the start of calculation (step 108).次いで、プロセッサーは、修正された特性の構造から各波長における反射光の予想光強度を計算する （ステップ１１０）。 Then, the processor computes the expected light intensity of the reflected light at each wavelength from the structure of the modified characteristics (step 110).これらの新しい値は計測値と比較され、もし必要なら、もう一度モデルを修正する。 These new values ​​are compared with the measured value, if necessary, to modify again model.実際には、この反復処理は適合させるまでに４から８ 回程度繰り返す必要がある。 In practice, this iterative process has to be repeated about 8 times from 4 until adapt.運転員は適合度のレベル、すなわち、モデルと実際の計測値の差が、比較の結果により表されるあらかじめ定められた値以下にすべ き所定の値を定義する。 Level operator is fit, i.e., the difference between the actual measured value and the model, to define a predetermined value-out all below a predetermined value represented by the result of the comparison.最適な適合結果は最も実際の周期構造に近い方形になる。 Best fit result is a square closest to the actual periodic structure.

次のステップは、その複雑さを増すことでモデルを修正する（ステップ１１４）。 The next step is to modify the model by increasing its complexity (step 114).より具体的には、形又は格子状外観が単純な方形から、上底の幅Ｗ１と独立した下底の幅Ｗ２を持つ台形に変更される（図６の５４参照）。 More specifically, from simple rectangular is shape or lattice shape appearance, is changed to a trapezoidal having a width W2 of the independent lower base width W1 of the upper base (see 54 in FIG. 6).加えて、この構造は複数の、この例では３が好ましい、方形層に分割される。 In addition, this structure is a plurality of, 3 is preferred in this example, is divided into square layer.このモデルの修正は、多項式展開を使わず、スプライン係数を用いて行う。 Modification of this model is, without the use of polynomial expansion, carried out using the spline coefficients.この修正の開始点はこの前のステップで決定した最も適合している方形である。 Starting point of the modification is a square that best fit was determined in the previous step.

格子状外観は、既知のキュービックスプライン、ベジエ曲線、Ｂ−スプライン、及びさらに一般化された非一様有理スプライン（The NURBS Book, by Les Piegl and Wane Tiller, Springer, 1995）を含むスプラインアルゴリズムのクラスを用いて定義される。 Grid-like appearance, known cubic spline, Bezier curves, the B- spline, and further generalized non-uniform rational splines (The NURBS Book, by Les Piegl and Wane Tiller, Springer, 1995) spline algorithms including class It is defined by using the.このような方法の優位性は、１）曲線がコントロールポイントのセットによりコント ロールさせること、及び、２）多項式展開により記述するより、スプラインにより記述した形の方が、適応性があることである。 Advantages of such a method, 1) the curve be control by a set of control points, and, more described by 2) a polynomial expansion, towards the shape described by splines is that the Adaptive .Ｂ−スプラインは、 B- spline,

のように記述される。 It is described as.

こ こで、Ｐｊは要求される適応度に応じてスカラーにもベクトルにもなるコントロールポイントである。 In here, Pj is a control point is also a vector in a scalar depending on the fitness required.立方スプラインの適合パラメータの数を最低限にするため に、ユーザーは、垂直方向におけるスプラインポイントの割り当てを行う様々な方法を選択できるという柔軟性を持っている。 To minimize the number of calibration parameters for cubic splines, a user has the flexibility to select different ways to assign the spline points in the vertical direction.格子の倍率を０から１の間に定 め、各分配点ｔ ｊは０から１の間に定めると仮定し、ｔ ｊをｕ ｊに変換するために以下のシグモイド関数を用いる。 Constant because during the magnification of the grating from 0 1, each distribution point t j is assumed to define between 0 and 1, using the following sigmoid function to convert the t j to u j.（David Elliot, J. Australian Math. Soc. B40(E), ppE77-E137, 1998）による According to (David Elliot, J. Australian Math. Soc. B40 (E), ppE77-E137, 1998)

この変換の効果は、ｎ≧１のとき、スプラインポイントが両端でさらに高密度で分配されることである。 The effect of this transformation, when n ≧ 1, is that the spline points are distributed more dense at both ends.このことはガウス積分においてノードがどのように分配 されるかに密接にかかわってくる。 This comes closely related to or are distributed as which nodes in Gaussian integration.また、これはさらに一般的な、構造体の頂上と底部近くでより湾曲している周期的な外観に対応している。 Also, this is a further generalization, which corresponds to the periodic appearance are more curved at the top and near the bottom of the structure.

われわれのアルゴリズムの他の特徴はどのようにシステムが薄片又は層に分割されるか（分離）に関係している。 Our system how another aspect of the algorithm is related to whether (separation) is divided into slices or layers.最も単純な方法は、各材料毎に格子を均等に分 配することである。 The most simple method is equally possible to distributable grid for each material.しかし、スプラインポイントをどのように分配するのかと同様に、先に説明したシグモイド関数と似ているガウス積分と同様にシステムを分 離することもできる。 However, as with how to distribute spline points, it can be separation system similar to the Gaussian integration which is similar to sigmoid function described above.また、曲線の曲率に従ってシステムを分離するアイデアを用いることには意味がある。 Further, there is a sense to use the idea of ​​separating the system according to the curvature of the curve.この方法によれば、適合化の過程において、モデル の他の特性とともに、積極的に層の割付を変えることができる。 According to this method, in the course of adaptation, along with other characteristics of the model, positively can change the assignment of the layer.この過程において、ｄ＝∫ｄｕ｜ｄｗ／ｄｕ｜を定義し、（スプラインポイント間の）各セグメ ントはｄ／ｎの薄片とすべきであり、ここでｗは高さｕの関数としての幅で、ｎはモデルにおける薄片の総計である。 In this process, d = ∫du | dw / du | Defines, (between spline points) each segment should be a thin piece of d / n, where w is the width as a function of height u in, n is the total of the flakes in the model.

一旦開始パラメータが定義されると、プロセッサーは、計測された波長毎にこの新たな構造に対して予想される光強度を計算する（ステップ１１６）。 Once the starting parameters are defined, the processor calculates the light intensity expected for the new structure for each measured wavelength (step 116).計算結果 は計測結果と比較され（ステップ１１８）、もし適合度が十分でなければ、モデルが修正される（ステップ１２０）。 Calculation results are compared with the measurement result (step 118), unless if fit is sufficient, the model is modified (step 120).本実施の形態における方法によれば、この アルゴリズムでは、先のステップにおいて得られた値に関係なく幅と層の厚さを自由に修正できる。 According to the method of the present embodiment, the algorithm can freely modify the thickness of the regardless width and the layer to a value obtained in the previous step.このアルゴリズムはまた、幅が最も高速に変化する領域を定義するためにより多くの層が用いられるような層の厚さになるように設計される。 This algorithm is also designed to be the thickness of the layer, such as a number of layers used by for defining a region width varies most rapidly.この処理は、実際の周期構造に非常に近い台形になるまで、繰り返される。 This process, until the trapezoid very close to the actual periodic structure is repeated.

一旦最適な台形が定義されると、モデルの複雑さは１以上の幅と層を含んで増加する（ステップ１３０及び図７）。 Once the optimum trapezoid is defined, the complexity of the model increases include one or more widths and layers (Step 130 and FIG. 7).好ましい実施の形態においては、モデルの修正は単一の特別な幅を追加することにより行われる。 In a preferred embodiment, the correction of the model is carried out by adding a single extra width.層の数もまた増加する。 The number of layers also increases.好ましくは、各反復計算における層の数は少なくとも２Ｙ−１（ここでＹは幅の数）であるが２Ｙ＋１を超えないものとする。 Preferably, the number of layers in each iteration but is at least 2Y-1 (where the number of Y width) shall not exceed 2Y + 1.

次に、プロセッサーは、各計測された波長においてこの新たな構造に対して予想される光強度を計算する（ステップ１３４）。 Next, the processor calculates the light intensity expected for this new structure at each measurement wavelength (step 134).計算結果は計測結果と比較され （ステップ１３６）、もし適合度が十分でなければ、モデルが修正される（ステップ１４０）。 Calculation results are compared with the measurement result (step 136), unless if fit is sufficient, the model is modified (step 140).この処理は選定された数の幅と層を持つモデルがデータと最も適 合するまで、相互的に繰り返される。 The process model having a width and number of layers is selected until the best conformance with the data, it is mutually repeated.もしこの構造が全体的にあらかじめ定められた適合レベルに合致するならば、この処理は完了し、このモデルは実際の周期 構造に適切に適合する（ステップ１４２）。 If this structure meets the overall fit predetermined level, the process is complete, the model appropriately fits the actual periodic structure (step 142).もしそうでなければ、追加の幅と層を持つ新たなモデルを作るため（図７の５６参照）プロセッサーは処理を（経路１４４に沿って）折り返す。 If not, add to create a new model with a width and a layer (56 see FIG. 7) Processor (along path 144) the process wrap.初期の実施では、適切に構造の特徴を明確にするために必要とする幅と層の数の平均は、幅については約７から９で層については１３から１７であった。 In the initial implementation, the average number of appropriately width and layers needed to clarify the characteristics of the structure was 13 for the layer at about 7-9 for width 17.このように幅と層を追加してゆくことにより、多くの壁を持つ形状を分析することができる。 By thus slide into add width and the layer, it can be analyzed shape with many walls.

以上に説明したように、本実施の形態における方法の１つの特徴は、理論的な層の密度と厚さを各繰り返し計算において変化させることができる点である。 As described above, one feature of the method according to the present embodiment, the density and thickness of the theoretical layers is that it can be changed at each iteration.調査中の周期構造には実際の層が含まれることは特筆されるべきである。 The periodic structure under investigation should be noted is that include the actual layers.もしそうであるなら、これらの物理的な層は、一歩進んだ定義の境界条件として或いはモデ ルを拘束する条件として使うことができる。 If so, these physical layers can be used as a condition to restrain the or model as a boundary condition for one step advanced definition.

この計算において、試料の応答を決定するために入射光が複合していることが必要となる。 In this calculation, the incident light is required to be complexed to determine the response of the sample.幅と層の数が増大するにつれて、計算を行うのに必要とする時間も劇的に増大する。 As the number of widths and layers increases, also increases dramatically the time required to perform the calculations.そこで、本発明の第２の特徴は、処理タスクは並列プロセッサーシステムに分配されることである。 Accordingly, a second aspect of the present invention, the processing tasks is to be distributed in parallel processor system.

好ましい実施の形態において、８台のプロセッサー（図３） のうち１つがマスタープロセッサー３２を構成し、の仮の７台のプロセッサーがスレーブ３４となる。 In a preferred embodiment, one of the eight processors (Figure 3) to configure the master processor 32, seven processors provisional the slave 34.マスタープロセッサーは全体的な分析を制御し，機能の一 部をスレーブプロセッサーに分配する。 The master processor controls the overall analysis and distributes part of functions to the slave processors.上述で注記したように、計算における最も時間を消費する部分は、異なった計測波長又は入射角の各々においてモデルの 光学的応答を決定するところである。 As noted above, the portion the most time consuming in the calculation is where determining the optical response of the model at each of the different measured wavelengths or angles of incidence.これらの理論的な計算結果と計測された信号との比較及びモデルの修正は比較的早く処理される。 Comparison and models modifications of these theoretical calculations and the measured signal is relatively quickly processed.

従って、本発明の好ましい実施の形態において、マスタープロセッサーは理論データの計算（図４におけるステップ１０４、１１０、１１６及び１３４で示されたような計算）をスレーブプロセッサーに分配する責務を負う。 Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, the master processor is responsible for distribution of the theoretical data calculated (calculated as shown in step 104, 110, 116 and 134 in FIG. 4) to the slave processor.好ましい実施の形態においては、マスタープロセッサーはこのような計算に寄与することもある。 In a preferred embodiment, the master processor also contribute to such calculations.

計算時間の大幅な削減は仕事の負荷が公平に分配されたとき達成することができる。 A significant reduction in computation time can be achieved when the load of the work is fairly distributed.一様性を達成するための好ましい方法は、波長又は入射角の情報を連続して 横断的にプロセッサーに配分することである。 A preferred method for achieving uniformity is to continuously information wavelength or incidence angle is distributed to transversely processor.このようにして、最初のスレーブプロセッサー（８台のプロセッサーシステムにおいて）は最初の（最短の）波長 及び、９番目、１７番目、・・・（ｎ＋８番目）の波長に対する計算の責務を負う。 In this manner, the first slave processor (in eight processor system) first (shortest) wavelength and, 9th, 17th, responsible for calculation with respect to the wavelength of · · · (n + 8 th).第２のスレーブプロセッサーは２番目（次に短い）波長及び、１０番目、 １８番目、・・・の波長に対して責務を負う。 The second slave processor the second (next shortest) wavelength and, 10 th, 18 th, responsible for the wavelength of ....この方法は分光測光法及び分光偏光解析法の両方に用いることができる。 This method can be used for both spectrophotometry and spectroscopic ellipsometry.同様の方法が複数の入射各の計測に用いることができ、第１番目、８番目、１７番目に計測された角度は第１のスレーブプロセッサーにより計算され、・・・計算される。 Similar methods can be used for a plurality of incident measurement each, 1st, 8th, measured angle 17 th is calculated by the first slave processor, the control ... calculated.

一旦各波長で（又は入射角で）計算がなされると、マスタープロセッサーは、各波長における計算結果をそれに対応する波長の正規化された計測値と比較する。 Once at each wavelength (or angle of incidence) calculations are made, the master processor compares the normalized measured value of the wavelength corresponding thereto the calculation results at each wavelength.この差は、計算結果の適合性の程度であり更なる反復計算が必要かどうかの決定に用いられる。 This difference is used to determine whether required calculations on the order of suitability of further iteration.上述のようにして、モデルにおける各反復計算に必要な計算が再 びスレーブプロセッサーに分配される。 As described above, calculations required for each iteration of the model is dispensed again slave processor.

本発明について、好ましい実施の形態に関連して説明したが、これに基づきいわゆる当業者は、付加的な特許請求の範囲に示したような発明の範囲と精神を逸脱 することなく様々な修正や変更を加えることができるであろう。 While the invention has been described in connection with the preferred embodiment, a so-called person skilled in the art based on this, Ya various modifications without departing from the scope and spirit of the invention as shown in a range of additional claims It will be able to make the change.例えば、ここに記載した発明は、データを収集するために用いる特定のスキャタロメータによる 方法に具体的に依存するものではない。 For example, the invention described herein are not intended to specifically depending on the method by certain scatterometer used to collect data.データは分光反射率計又は分光偏光計により取得することができる。 Data may be acquired by the spectral reflectometer or spectroscopic polarimeter.分光反射率計は、試料に対する通常の入射光又は軸 のずれた入射光のいずれかの探査用光線からデータを得ることができることは、特筆すべきことである。 Spectral reflectometer, the data can be obtained from either the exploration for light-shifted incident light normal incident light or axis relative to the sample is noteworthy that.同様に、分光偏光計は、試料に対する通常の入射光又は 軸のずれた入射光のいずれかの探査用光線からデータを得ることができる。 Similarly, spectroscopic polarimeter can obtain data from any of the search for light-shifted incident light normal incident light or axis relative to the sample.データは、様々な角度で入射した光入射装置からも得ることができる。 Data can also be obtained from the light incidence device incident at various angles.米国特許出願 No. 09/818,703に特筆されているように、出願人は同時に複数の入射角で照射する適用可能な装置を開発している。 As noted in U.S. Patent Application No. 09 / 818,703, applicant has developed the applicable apparatus for irradiating a plurality of incident angles at the same time.受託者の同時に複数の入射角で照射す る装置の詳細な説明は、米国特許No. 4,999,014；5,042,951；5,181,080；5,412,473及び5,596,411に見出すことができ、これらはすべて参考として ここに組み入れられるものとする。 At the same time the detailed description of a plurality of devices irradiated at an incident angle of Trustees, United States Patent No. 4,999,014; 5,042,951; 5,181,080; 5,412,473 and can be found in 5,596,411, these shall all incorporated herein by reference .２以上の装置からのデータを分析におけるあいまいさを低減するために結合することができることは、了解されるべきであ る。 That can be combined to reduce ambiguities in the analysis of data from two or more devices, Ru der to be understood.このような追加のデータは上記で論じた回帰分析においても結合することができる。 Such additional data may also be coupled in a regression analysis discussed above.

米国特許No. 5,889,593もまた参考として組み込まれる。 United States Patent No. 5,889,593 is also incorporated by reference.この特許において、周期構造をほぼカバーする大きなスポットを形成するためにコヒーレントな光の束を分割する光画像配列を含む発明が提案されている。 In this patent, the invention includes an optical image array for dividing a bundle of coherent light to form a larger spot to cover almost a periodic structure has been proposed.

Claims (29)

Translated from Japanese

光学的測定データに基づいて周期構造の表面プロファイルを特徴付ける方法であって、前記周期構造は、垂直高さ及び幅を有する要素を含み、水平軸において変化でき、前記方法は、 A method of characterizing the surface profile of the periodic structure based on the optical measurement data, the periodic structure includes an element having a vertical height and width, it can vary in the horizontal axis, the method comprising:前記光学的データに最良の適合を与える周期構造の要素についての理論的高さ及び幅を有する長方形モデルを決定し、 Determining the rectangular model with theoretical height and width of the elements of the periodic structure that gives the best fit to the optical data,決定された長方形モデルを用いて第２のモデルを導き、この第２のモデルは底部幅とは異なる上部幅を有し、かつ、少なくとも二つの層を含み、その少なくとも二つの層の各々の高さ及び幅を反復的に修正して前記光学的測定データとの最良の適合を決定し、 Directing a second model using the determined rectangle model, the second model has a different top width and bottom width, and comprises at least two layers, at least each of the two layers high the best fit with the optical measuring data determined by modifying the and width repeatedly,付加的な理論的中間幅及び層を、適合性のレベルが所定のレベルに達するまで、反復最良適合性処理における第２のモデルへ加えることを含む方法。 Which method comprises adding additional theoretical intermediate widths and layers, to a level compatible reaches a predetermined level, the second model in the iterative best compatibility process.

請求項１の方法において、第２のモデルはスプライン・アルゴリズムを用いて定式化される方法。 The method of claim 1, the second model is a method that is formulated using a spline algorithm.

請求項２の方法において、第２のモデルはキュービック・スプラインを有する方法。 The method of claim 2, the second model is a method with a cubic spline.

請求項２の方法において、スプライン点はシグモイド関数を用いて割り当てられる方法。 The method of claim 2, the method spline points are allocated using a sigmoid function.

光学的測定データに基づいて周期構造の表面プロファイルを特徴付ける方法であって、前記周期構造は、垂直高さ及び幅を有する要素を含み、水平軸において変化でき、前記方法は、 A method of characterizing the surface profile of the periodic structure based on the optical measurement data, the periodic structure includes an element having a vertical height and width, it can vary in the horizontal axis, the method comprising:前記光学的データに最良の適合を与える周期構造の要素の長方形モデルの理論的高さ及び幅を決定し、 Determine the theoretical height and width of the rectangular model elements of the periodic structure giving the best fit to the optical data,底部幅とは異なる上部幅を有し、かつ、少なくとも二つの層を含む第２のモデルに対する最良の適合長方形モデルを修正して、前記光学的測定データとの最良の適合を決定し、 Have different upper width than the bottom width, and, by modifying the best fit rectangular model for the second model comprising at least two layers, to determine the best fit with the optical measurement data,付加的な理論的中間幅及び層を、適合性のレベルが所定のレベルに達するまで、反復最良適合プローブへ加えることにより前記修正段階を繰り返し、 Additional theoretical intermediate widths and layers, to a level compatible reaches a predetermined level, repeating the modified step by adding to the iterative best fit the probe,第２のモデルをスプライン・アルゴリズムを用いて定式化し、 The second model was formulated using a spline algorithm,スパイラル点の間の薄片の数はｄ／ｎに等しく、ここでｄ＝∫ｄｕ｜ｄｗ／ｄｕ｜、ｗは高さｕの関数としての幅であり、ｎは第２のモデルにおける薄片の総数である方法。 The number of slices between the spiral point is equal to d / n, where d = ∫du | dw / du |, w is the width as a function of height u, n is the total number of flakes in the second model the method is.

光学的測定データに基づいて周期構造の表面プロファイルを特徴付ける方法であって、前記周期構造は、垂直高さ及び幅を有する要素を含み、水平軸において変化でき、前記方法は、 A method of characterizing the surface profile of the periodic structure based on the optical measurement data, the periodic structure includes an element having a vertical height and width, it can vary in the horizontal axis, the method comprising:二つよりも多くない異なる幅と少なくとも一つの層とを有する第１の理論的モデルを規定し、その理論的モデルを前記周期構造の要素についての光学的測定データとの最良の適合を見つけるように修正し、 It defines a first theoretical model having at least one layer with different widths not more than two, so that the theoretical model find the best fit with optical measurement data for the elements of the periodic structure is corrected to,後続のモデルを導き、その各々は増大する数の理論的層を有し、適合アルゴリズムを用いて、後続理論的モデルの一つが、前記周期構造の形態を所定の適合レベルに近似させる構造を規定するまで、前記理論的層の各々の高さ及び幅を反復的に調整する方法。 Lead to subsequent model, defining each having a theoretical number of layers increases, with a fitting algorithm, one subsequent theoretical model, a structure to approximate the shape of the periodic structure to a predetermined matching level until, a method for adjusting each of the height and width of the theoretical layers repetitively.

請求項６の方法において、第２のモデルはスプライン・アルゴリズムを用いて定式化される方法。 The method of claim 6, the second model is a method that is formulated using a spline algorithm.

請求項６の方法において、第２のモデルはキュービック・スプラインを有する方法。 The method of claim 6, the second model is a method with a cubic spline.

請求項６の方法において、スプライン点はシグモイド関数を用いて割り当てられる方法。 The method of claim 6, the method spline points are allocated using a sigmoid function.

光学的測定データに基づいて周期構造の表面プロファイルを特徴付ける方法であって、前記周期構造は、垂直高さ及び幅を有する要素を含み、水平軸において変化でき、前記方法は、 A method of characterizing the surface profile of the periodic structure based on the optical measurement data, the periodic structure includes an element having a vertical height and width, it can vary in the horizontal axis, the method comprising:二つよりも多くない異なる幅と少なくとも一つの層とを有する第１の理論的モデルを規定し、その理論的モデルを前記周期構造の要素についての光学的測定データとの最良の適合を見つけるように修正し、 It defines a first theoretical model having at least one layer with different widths not more than two, so that the theoretical model find the best fit with optical measurement data for the elements of the periodic structure is corrected to,適合アルゴリズムを用いて、前記理論的モデルが、前記周期構造の形態を所定の適合レベルに近似させる構造を規定するまで、前記幅の数を反復的に増大し、 Using adaptive algorithm, the theoretical model, until defining a structure to approximate the shape of the periodic structure to a predetermined matching level, iteratively increasing the number of the width,前記理論的モデルをスプライン・アルゴリズムを用いて定式化し、 The theoretical model formulation using a spline algorithm,スパイラル点の間の薄片の数はｄ／ｎに等しく、ここでｄ＝∫ｄｕ｜ｄｗ／ｄｕ｜、ｗは高さｕの関数としての幅であり、ｎは前記理論的モデルにおける薄片の総数である方法。 The number of slices between the spiral point is equal to d / n, where d = ∫du | dw / du |, w is the width as a function of height u, n is the total number of slices in the theoretical model the method is.

光学的測定データに基づいて周期構造の表面プロファイルを特徴付ける方法であって、前記周期構造は、垂直高さ及び幅を有する要素を含み、水平軸において変化でき、前記方法は、 A method of characterizing the surface profile of the periodic structure based on the optical measurement data, the periodic structure includes an element having a vertical height and width, it can vary in the horizontal axis, the method comprising:（ａ）前記周期構造の要素についての理論的幅及び高さ有する第１の理論的モデルを規定し、その第１の理論的モデルの光学的応答を計算し、その応答を前記光学的測定データと比較し、 (A) the defines a first theoretical model with theoretical width and height of the elements in the periodic structure, the first optical response calculated theoretical model, the optical measurement data and the response compared to,（ｂ）第１の理論的モデルの前記理論的幅及び高さを反復的に修正し、その修正された第１の理論的モデルの光学的応答を計算し、この応答を、適合性の所定のレベルに達するまで、光学的測定データと比較し、 (B) the theoretical width and height of the first theoretical model Correct iteratively calculates the optical response of the first theoretical models the correction, this response, suitability of a given until it reaches the level of, compared to optical measurement data,（ｃ）段階（ｂ）において得られた修正された第１の理論的モデルから導かれた一つよりも多くの幅と一つよりも多くの層とを有する第２の理論的モデルを規定し、この第２の理論的モデルの光学的応答を計算し、この応答を前記光学的測定データと比較し、 (C) defining a second theoretical model having the steps first theoretical model from led than one more width and than one more of the layers is modified resulting in (b) and, the optical response of the second theoretical model calculates, the response compared to the optical measurement data,（ｄ）第２の理論的モデルの前記幅、層厚、及び層位置を反復的に修正し、この修正された第２の理論的モデルの光学的応答を計算し、この応答を、適合性の所定のレベルに達するまで、前記光学的測定データと比較し、 The width (d) a second theoretical model, layer thickness, and modify the layer position iteratively calculates the optical response of the second theoretical models this fix, this response, compatibility until the reach a predetermined level, as compared with the optical measurement data,（ｅ）適合性のレベルが所定のレベルに達するまで、幅及び層を前記修正された第２の理論的モデルに加えることにより、段階（ｃ）及び（ｄ）を反復する方法。 (E) until the compatibility level reaches a predetermined level, by adding the second theoretical models the modified width and layers, a method of repeating steps (c) and (d).

請求項１１の方法において、前記周期構造の前記光学的応答の計算段階が厳密結合波理論を用いて実行される方法。 The method of claim 11, wherein said calculation step of the optical response of the periodic structure is performed using a rigorous coupled wave theory.

請求項１１の方法において、前記修正された第２の理論的モデルにおける層の数は、少なくとも２Ｙ−１であるが２Ｙ＋１よりは多くなく、ここでＹは幅の数である方法。 The method of claim 11, the number of layers in the second theoretical model said modified is at least 2Y-1 2Y + 1 not more than, where Y is the number of wide method.

請求項１１の方法において、前記修正された第２の理論的モデルにおける各層は、長方形状である方法。 The method of claim 11, each layer in the second theoretical models the modifications are rectangular method.

請求項１１の方法において、前記周期構造を含むサンプルに適用し、前記サンプルは一つよりも多くの物理的層を有し、前記修正された第２の理論的モデルを修正する段階の間、前記理論的層は前記サンプルの前記物理的層構造により拘束される方法。 The method of claim 11, applied to a sample containing the periodic structure, wherein the sample has many physical than one layer, during the step of modifying the second theoretical models the modified, wherein the theoretical layers to be bound by the physical layer structure of the sample.

請求項１１の方法において、第２のモデルはスプライン・アルゴリズムを用いて定式化される方法。 The method of claim 11, the second model is a method that is formulated using a spline algorithm.

請求項１６の方法において、第２のモデルはキュービック・スプラインを有する方法。 The method of claim 16, the second model is a method with a cubic spline.

請求項１６の方法において、スプライン点はシグモイド関数を用いて割り当てられる方法。 The method of claim 16, the method spline points are allocated using a sigmoid function.

請求項１６の方法において、スパイラル点の間の薄片の数はｄ／ｎに等しく、ここでｄ＝∫ｄｕ｜ｄｗ／ｄｕ｜、ｗは高さｕの関数としての幅であり、ｎは前記理論的モデルにおける薄片の総数である方法。 The method of claim 16, the number of slices between the spiral point is equal to d / n, where d = ∫du | dw / du |, w is the width as a function of height u, n is the the method is the total number of flakes in the theoretical model.

サンプルに形成された周期構造の特性を解析するための装置であり、 A device for analyzing the properties of the formed periodic structure in the sample,周期構造で反射するように指向された広帯域探査ビームと、複数の波長における前記広帯域探査ビームの振幅と位相との変化の一方を測定して、それに対応する出力信号を発生する検出モジュールとを含む分光計測システムと、 Includes broadband probe beam directed to reflect in the periodic structure, and a detection module to measure one of a change of the broadband probe beam amplitude and phase at a plurality of wavelengths to generate an output signal corresponding thereto and the spectroscopic measurement system,前記分光計測システムにより発生した前記出力信号を用いて、前記分光計測システムによりなされた計測に最良の適合を与える前記周期構造の要素についての理論的高さ及び幅を有する長方形モデルを決定するプロセッサーシステムとを備え、このプロセッサーシステムは、前記決定された長方形モデルを用いて第２のモデルを導き、その第２のモデルは、底部幅とは異なる上部幅を有し、かつ、少なくとも二つの層を含み、このプロセッサーシステムは、前記少なくとも二つの層の各々の高さ及び幅を反復的に修正して、前記分光計測システムによりなされた測定との最良の適合を判定する能力があると共に、付加的な理論的中間幅及び層を、適合性のレベルが所定のレベルに達するまで、反復最良適合処理における第２のモデルへ加える Using the output signal generated by the spectroscopic measurement system, a processor system for determining a rectangular model with theoretical height and width of the elements of the periodic structure that gives the best fit to the measurements made by the spectroscopic measurement system with the door, the processor system leads to a second model using a rectangular model said determined its second model has a different top width and bottom width, and at least two layers wherein, with this processor system, the each of the height and width of at least two layers by modifying repeatedly, there is determined the ability the best fit with the measurements made by the spectroscopic measurement system, additional a theoretical intermediate widths and layers, to a level compatible reaches a predetermined level, adding to the second model in the iterative best fit process法。 Law.

請求項２０の装置において、前記分光計測システムは、分光反射率計と分光エリプソメータとのうちの一方である装置。 Apparatus according to claim 20, wherein the spectroscopic measurement system is one of a spectral reflectometer and spectroscopic ellipsometer device.

請求項２０の装置において、第２のモデルはスプライン・アルゴリズムを用いて定式化される装置。 The apparatus of claim 20, the second model is formulated with a spline algorithm device.

請求項２０の方法において、第２のモデルはキュービック・スプラインにより定式化される装置。 The method of claim 20, the second model is formulated by cubic spline device.

サンプルに形成された周期構造の特性を解析するための装置であり、 A device for analyzing the properties of the formed periodic structure in the sample,周期構造で反射するように指向された広帯域探査ビームと、複数の波長における前記広帯域探査ビームの振幅又は位相との変化の何れかを測定して、それに対応する出力信号を発生する検出モジュールとを含む分光計測システムと、 And a wideband probe beam directed been to reflect in the periodic structure, and a detection module to measure any change in the of the broadband probe beam at a plurality of wavelengths amplitude or phase, for generating an output signal corresponding thereto and the spectroscopic measurement system, including,前記出力信号に基づいて前記周期構造の前記特性を評価するプロセッサーシステムとを備え、そのプロセッサーシステムは、二つよりも多くない幅と少なくとも一つの層とを有する第１の理論的モデルを規定し、かつ、その第１の理論的モデルを修正して、前記周期構造の要素についての前記分光計測システムによりなされた前記計測との最良の適合を見つけると共に、後続のモデルを導き、この後続のモデルの各々は増大する数の理論的層を有し、適合アルゴリズムを用いて、前記理論的層の各々の高さ及び幅を、前記後続の理論的モデルの一つが前記周期構造の形態を所定の適合レベルへ近似させるまで、反復的に調整する装置。 And a processor system for evaluating the characteristics of the periodic structure based on the output signal, the processor system defines the first theoretical models with no more than two width and at least one layer and to modify its first theoretical model, the find the best fit with the measurements made by the spectroscopic measurement system for the elements of the periodic structure leads to a subsequent model, the following model each has a theoretical number of layers increases, with a fitting algorithm, the height and width of each of the theoretical layers, wherein one of the subsequent theoretical model form a predetermined of the periodic structure until approximating to fit level, iteratively adjusting devices.

請求項２４の装置において、前記分光計測システムは、分光反射率計と分光エリプソメータとのうちの一方である装置。 Apparatus according to claim 24, wherein the spectroscopic measurement system is one of a spectral reflectometer and spectroscopic ellipsometer device.

請求項２４の装置において、各々の後続モデルはスピン・アルゴリズムを用いて定式化され、スパイラル点の間の薄片の数はｄ／ｎに等しく、ここでｄ＝∫ｄｕ｜ｄｗ／ｄｕ｜、ｗは高さｕの関数としての幅であり、ｎは前記理論的モデルにおける薄片の総数である装置。 The apparatus of claim 24, each subsequent model is formulated by using a spin-algorithm, the number of slices between the spiral point is equal to d / n, where d = ∫du | dw / du |, w device is the width as a function of height u, n is the total number of flakes in the theoretical model.

請求項２４の装置において、各々の後続モデルにおける層の数は、少なくとも２Ｙ−１であるが２Ｙ＋１よりは多くなく、ここでＹは幅の数である装置。 The apparatus of claim 24, the number of layers in each subsequent model, is at least 2Y-1 2Y + 1 not more than, where Y is the number of wide device.

請求項２４の装置において、各々の後続モデルにおける各層は、長方形状である装置。 The apparatus of claim 24, each layer in each of the subsequent model, a rectangular shape device.

請求項２４の装置において、前記サンプルは一つよりも多くの物理的層を有し、後続のモデルの修正の間、前記理論的層は前記サンプルの前記物理的層構造により拘束される装置。 Apparatus The apparatus of claim 24, wherein the sample has many physical than one layer, during subsequent model modification, the theoretical layers to be bound by the physical layer structure of the sample.

JP2013267269A2001-07-162013-12-25 Real-time analysis of the periodic structure in a semiconductor ActiveJP5991960B2
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